Тема 10. Расчет и выбор гидроцилиндров

Составим уравнение сил, действующих на цилиндр:

Рисунок 23 – Схема расчета гидроцилиндра.

 

(25)

где и - площади поршня поршневой и штоковой полостей, м².

Решим это уравнение относительно усилия на штоке:

(26)

В уравнении (26) силы трения поршня и штока опре­деляют механические потери на трение и оцениваются механическим КПД гидроцилиндра, а произведение дав­ления штоковой полости на ее площадь определяет гидравлические потери. В инженерных расчетах уравнение (26) обычно записывают в таком виде:

(27)

где - гидромеханический КПД гидроцилиндра. В практических расчетах гидромеханический КПД выбира­ют в пределах 0,92—0,98. Меньшие значения его реко­мендуется выбирать для давления рабочей жидкости до 10 МПа, а большие — для давления свыше 20 МПа.

Выразив в уравнении (27) площадь поршня через его диаметр, определим усилие на штоке:

— при подаче жидкости в поршневую полость

(28)

— при подаче жидкости в штоковую полость

(29)

Скорость перемещения поршня определим:

— при подаче жидкости в поршневую полость

(30)

— при подаче жидкости в штоковую полость

(31)

где - подача насоса, м³/с; D и d - диаметры поршня и штока, м.

При расчете гидропривода часто требуется при задан­ной скорости определить требуемый поток жидкости:

— при подаче жидкости в поршневую полость

(32)

— при подаче жидкости в штоковую полость

(33)

Продолжительность хода поршня из одного крайнего положения в другое

Продолжительность одного двойного хода поршня оп­ределим

(34)

где - время переключения распределителя, выбирает­ся в пределах 0,1 – 0,2 с.

Для гидроцилиндров, используемых в грузоподъемных машинах, возникает необходимость торможения (демпфи­рования) и замедления скорости поршня с последующей остановкой. Это выполняется для исключения удара пор­шня о заднюю стенку цилиндра и удара подвижных час­тей рабочего оборудования о раму машины или друг о друга. Кроме того, при торможении значительно снижа­ются динамические нагрузки в гидроприводе.

Конструктивное исполнение демпферов различно, но принцип действия их -основан на образовании запертого (отсеченного) объема жидкости и пропускании его через небольшое отверстие, как правило, кольцевой формы. Происходит дросселирование жидкости, за счет чего и осуществляется торможение гидроцилиндpa.

На рис. 24 приведена схема демпфера, содержащего коническое углубле­ние 1 в задней стенке, выступ 2 также коничес­кой формы на штоке со стороны поршня 3 и об­ратный клапан 4. Наличие конуса обеспечивает плавное изменение зазора в демпфере и, как следст­вие, плавное нарастание торможения до полной остановки поршня. При входе конуса в углубление запер­тый в нем объем жидкости дросселирует через кольцевой зазор между конусом и углублением, который, плавно уменьшаясь, создает тормозной эффект. Следует помнить, что плавность торможения зависит от угла наклона обра­зующей конуса относительно оси гидроцилиндра. По этим соображениям угол наклона образующей должен быть минимальным. Расчет демпфера сводится к определению площади кольцевого канала между углублением и высту­пом, в котором за счет тормозного эффекта должна быть погашена кинетическая энергия:

(35)

где - приведенная к штоку масса движущихся час­тей, кг; - скорость поршня, м/с.

Гидроцилиндры, выпускаемые для самоходных машин различного технологического назначения, различаются по своему конструктивному оформлению. Эти различия вы­званы сложившимися в отдельных отраслях традициями

 

Рисунок 24 – Схема демпфера: 1 – углубление; 2 – конус; 3 – поршень; 4 – обратный клапан.

 

 

 

 

Таблица 16 – Параметры гидроцилиндров Ψ=1,33.

Площадь полости, см2	Ход поршня, мм	Усилие на штоке при Рном=16 МПа
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой	при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
											96,5
		12,6	9,5
		19,6	14,8
		28,4	21,3
		38,5	29,6
			37,5
		63,5	47,6
		78,5
			71,5

 

 

Таблица 17 – Параметры гидроцилиндров Ψ=1,65.

Площадь полости, см2	Ход поршня, мм	Усилие на штоке при Рном=16 МПа
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой	при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
			4,85					78,5
		12,5	7,6					122,5
		19,6	11,8
		28,4	17,2
		38,5	24,0
			30,3
		63,5	38,5
		78,5	47,6
			57,6
			93,5

 

 

Таблица 18 – Унифицированные гидроцилиндры для одноковшовых экскаваторов.

Площадь полости, см2

Ход поршня, мм

Усилие на штоке при Рном=32 МПа

D, мм

d, мм

поршневой

штоковой

при выталкивании, Н · 102

при втягивании, Н · 102

Гидроцилиндры с разгрузочными клапанами

-

-

-

-

Гидроцилиндры с демпферами

-

-

-

-

Гидроцилиндры без разгрузочных клапанов и демпферов

-

-

-

-

 

 

Таблица 19 – Специальные гидроцилиндры для автомобильных кранов.

Площадь полости, см2	Усилие на штоке при Р=16 МПа	Примечание
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой	Ход поршня, мм	при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
		50,2					Крепление на цепфах и проушине с шарнирным подшипником
		78,5	28,3				Крепление на накидном фланце и сферой
		78,5	28,3				Крепление на накидном фланце и грибком
			31,2				Крепление на проушинах с шарнирными подшипниками
			47,1
			47,1
							Крепление на фланце и сферой
			47,1				Крепление на цапфах и проушине с шарнирным подшипником
			31,2

 

 

Рисунок 25 - Гидроцилиндр.

1 - поршень; 2 - гильза; 3 - шток; 4 - передняя проушина; 5 - задняя проушина; 6 - втулка скольжения; 7 - манжета; 8 - манжетодержатель; 9 - кольцо круглого поперечного сечения; 10 - грязесъемник; 11 - кольцо демпфера; 12 - корпус демпфера; 13 - задняя крышка; 14 - передняя крышка; 15 - контргайка; 16 - стопорная шайба; 17 - гайка штока; 18 - направляющая; 19 - крышка грязесъемника.

 

Рисунок 26 – Гидроцилиндр 1 типа: 1 - шток; 2 - гильза; 3 - передняя проушина; 4 - задняя проушина; 5 - корпус направляющей штока; 6 - поршень; 7 - корпус демпфера; 8 - направляющая; 9 - манжета; 10 - кольцо круглого поперечного сечения; 11 - грязесъемник; 12 - гайка штока; 13 - задняя крышка; 14 - демпфер; 15 - втулка; 16 - контргайка; 17 – манжетодержатель.